[拼音]：yuanzi guangpu

[外文]：atomic spectrum

原子或离子的电子运动状态发生变化时发射或吸收的有特定频率的电磁频谱。原子光谱的覆盖范围很宽，从射频段一直延伸到X 射线频段。通常，原子光谱是指红外、可见、紫外区域的谱。

1814年， J.von夫琅和费发现太阳光谱中有许多暗线。另外一些科学家发现了许多元素的发射谱线。1859年，R.W.E.本生和G.R.基尔霍夫证明太阳光谱黄光区中的暗 D线就是钠原子的吸收线。在此后的研究中，他们查出了许多暗线与多种原子的发射谱线相对应，并测量了波长。他们通过光谱的研究还发现了两种新的元素：铯和铷。到1868年，A.J.埃斯特朗发表的太阳光谱暗线已有大约1200条之多，其中约800条为地球上已知元素的谱线。从19世纪后期起，陆续发现了氢和碱金属原子光谱的一些线系，并得到了经验规律。这些规律对于玻尔氢原子理论的建立及量子力学的产生和发展是极为重要的。

根据量子力学理论，原子光谱中某一谱线的产生，是与原子中电子在某一对特定能态之间的跃迁相联系的。原子按照它内部运动状态的不同，可以处于不同的定态。每一定态具有一定的能量E(n)，它主要包括原子体系内部运动的动能，核与电子间的相互作用能以及电子间相互作用能。能量较低的态叫基态，能量高于基态的叫激发态。激发态的原子可以发射光子，跃迁到较低的能态。反之，较低的能态可以吸收光子，跃迁到较高的激发态。

原子发射或吸收的光子的波长倒数称波数堝，它可由两项的差数表示

堝＝T(n1)-T(n2)，

式中T称为光谱项。氢原子的光谱项

n为主量子数，RH为里德伯常数。T(n1)、T(n2)分别是下、上两能态的光谱项，n1、n2都是正整数，且n2＞n1。除了某些限制之外，每一条谱线均可由两个光谱项之差来表示，这称为里兹组合原则，或里德伯—里兹组合原则。

通常用能级图表示原子的能态及电子跃迁情况，图表示氢原子能级图。在能级图中，纵坐标表示能量，用水平线表示能级或光谱项。能级间的间隔随着主量子数的增加而变窄，且当n→∞时趋于零。与不连续项相接，还有一个能量连续区(图中网纹区)。图的右边，能量用波数的单位厘米cm-1表示，它是从上到下递增的（光谱项的值为正），零值相当于质子与电子完全分离(n=∞)，即原子处于电离状态。图的左边用伏特作单位，并以基态为零。原子中价电子从基态被电离所需的小能量就是原子的电离能，相应的电位即原子的电离电位。氢的电离电位是13.53V。

对碱金属光谱进一步研究，发现许多谱线是由两根频率相差很小的谱线组成。这就是所谓谱线的多重结构，或称为精细结构（见索末菲椭圆轨道理论、原子光谱的精细结构。对多重结构以及谱线反常塞曼效应的研究，使得S.A.古兹密特和G.E.乌伦贝克于1925年提出了电子自旋的假设，它最终导致电子自旋的发现。

由原子核与电子相互作用所引起的光谱线的分裂一般比精细结构分裂小得多，这种更细小的分裂结构称为超精细结构（见原子光谱的超精细结构。借助于超精细结构，可以了解原子核的某些重要性质。

1947年，W.E.兰姆和R.C.雷瑟福用原子微波谱方法，发现氢原子的能态对狄喇克理论的结果有某些偏离。这就是兰姆移位。这个发现促进了量子电动力学的发展。

把原子置于静磁场中，谱线发生分裂，这称为塞曼效应。把原子置于电场中，谱线也会发生分裂，称为斯塔克效应。研究这些效应，可以了解原子的某些磁学性质或电学性质。

用原子光谱可以研究原子结构。由于原子是组成物质的基本单位，所以原子光谱对于研究分子结构、固体结构等也是很重要的。另一方面，由原子光谱又可以了解原子的运动状态，从而可以研究包含这些原子在内的物理过程，例如放电过程等等。

原子光谱的研究对激光器的产生和发展有重要作用。例如，最早制成的气体激光器──氦氖激光器，它所发射的激光就是氖原子的一条谱线。对原子光谱的深入研究将进一步促进激光的发展，反过来，激光的发展为光谱学研究提供了极其有效的手段，使光谱分辨率提高了几个数量级。对强光与原子相互作用的研究，开辟了非线性光谱学的新领域，促进了原子光谱学的发展，产生了激光光谱学。

高激发态、高离化态原子光谱为空间物理、核爆炸、核聚变研究等提供了重要的参数。

原子光谱技术也已广泛地应用于化学、天体物理学、等离子体物理学和一些应用技术学科中。把某些原子产生的激光谱线加以稳频，已经获得很高的频率稳定性和再现性。1983年，国际计量大会通过了新的米定义，同时推荐了五条激光谱线和三种光谱灯的辐射作为复现米定义的三种方法之一，三种光谱灯是Kr灯、Cd灯和Hg灯，五条激光谱线中也有四条是经过饱和吸收稳频的原子谱线。此外，利用某些原子微波谱的频率稳定性已制成了原子钟。

参考书目

H.G.Kuhn，Atomic Spectra， Longmans， London，1962.

G.赫兹堡著，汤拒非译：《原子光谱与原子结构》，科学出版社，北京，1959。(G.Herzberg，Atomic Spectraand Atomic Structure，Dover，New York，1944.)

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